(57)【要約】  バッテリー（５）のための充電制御システムが提供される。このシステムは、バッテリーに関連付けられた温度値を提供するように構成された温度感知手段（４０）と、バッテリーに関連付けられた電圧値を提供するように構成された電圧感知手段（３５）と、バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を提供するように構成された圧力感知手段（３０）と、コントローラ（２０）とを含む。コントローラは、充電プロセスが開始される前に、バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を判断し、充電プロセス中に、電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視し、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化未満である場合に、充電プロセスを継続し、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化以上である場合に、充電プロセスを終了するように構成されている。
2019509003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーのための充電制御システムであって、
前記バッテリーに関連付けられた温度値を提供するように構成された温度感知手段と、
前記バッテリーに関連付けられた電圧値を提供するように構成された電圧感知手段と、
前記バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を提供するように構成された圧力感知手段と、
コントローラとを含み、前記コントローラは、
充電プロセスが開始される前に、前記バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、前記バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を判断し、
前記充電プロセス中に、前記電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、前記圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視し、
前記現在の電圧値が上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記充電プロセスを継続し、
前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化以上である場合に、前記充電プロセスを終了するように構成されている、充電制御システム。
【請求項２】
前記マップデータの選択は、前記温度感知手段から得られた充電前温度値と、前記電圧感知手段から得られた充電前電圧値と、前記圧力感知手段から得られた充電前圧力値とに基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コントローラは、前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記上限電圧値を増加させるように構成されている、請求項１および請求項２のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項４】
前記コントローラはさらに、初期内部圧力測定値と充電プロセス前圧力値と充電前温度値とに基づいて、選択された前記マップデータを修正することにより、前記バッテリーの１つ以上の部分におけるクリープを補償するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記初期内部圧力測定値と充電前圧力値とを比較し、前記初期内部圧力測定値が前記充電プロセス前圧力値よりも大きい場合に、前記充電前圧力値に関連付けられた新しいマップデータを選択するように構成されている、請求項４に記載の充電制御システム。
【請求項６】
予め定められたマップは、代表的なバッテリーの代表的な使用条件下での前記バッテリーの実験的に測定された内部圧力と開路電圧と温度との集合を含む、請求項５に記載の充電制御システム。
【請求項７】
前記圧力感知手段は、前記バッテリーに埋込まれた少なくとも１つの触覚センサを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの触覚センサは、前記バッテリーのバッテリーセルの積層方向と平行に位置付けられている、請求項７に記載の充電制御システム。
【請求項９】
前記バッテリーの充電状態を判断するように構成された充電状態センサをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１０】
前記電圧感知手段は、前記バッテリーに関連付けられた１つ以上のバッテリーパックに接続されたダミーセルを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１１】
前記電圧値は、前記バッテリーの開路電圧である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１２】
前記バッテリーは、リチウムイオン固体バッテリーおよびリチウムイオン液体電解質バッテリーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の充電制御システムを含む、車両。
【請求項１４】
バッテリーを充電するための方法であって、
前記バッテリーに関連付けられた温度値を求めるステップと、
前記バッテリーに関連付けられた電圧値を求めるステップと、
前記バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を求めるステップと、
前記バッテリーの充電が開始される前に、前記バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、前記バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を求めるステップと、
前記バッテリーを充電するステップと、
前記充電中に、電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視するステップと、
前記現在の電圧値が上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記充電を継続するステップと、
前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化以上である場合に、前記充電を終了するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記マップデータの選択は、温度感知手段から得られた充電前温度値と、前記電圧感知手段から得られた充電前電圧値と、前記圧力感知手段から得られた充電前圧力値とに基づいている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記上限電圧値を増加させるステップを含む、請求項１３〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
初期内部圧力測定値と充電プロセス前圧力値と充電前温度値とに基づいて、選択された前記マップデータを修正することにより、前記バッテリーの１つ以上の部分におけるクリープを補償するステップを含む、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記初期内部圧力測定値と充電前圧力値とを比較するステップと、
前記初期内部圧力測定値が前記充電プロセス前圧力値よりも大きい場合に、前記充電前圧力値に関連付けられた新しいマップデータを選択するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
予め定められたマップは、代表的なバッテリーの代表的な使用条件下での前記バッテリーの実験的に測定された内部圧力と開路電圧と温度との集合を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッテリーの充電状態を判断し、前記充電が開始される前に、前記バッテリーの前記充電状態に基づいて前記しきい値圧力変化を修正するステップを含む、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記バッテリーは、リチウムイオン固体バッテリーおよびリチウムイオン液体電解質バッテリーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の分野
本開示は、バッテリーの充電を制御するためのシステムおよび方法に関する。より特定的には、本開示は、バッテリー内の内部圧力測定値に基づいて充電状態を管理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
開示の背景
バッテリー、たとえばリチウムイオンバッテリーの充電中、バッテリーパックでの総電圧が、劣化が生じたある積層部分での過電圧の増加によって急激に増加する場合がある。それにより総電圧は、過充電を防止するために設定された上限電圧に達し、充電システムは、バッテリーパックがフル充電されていると考えて充電を停止する。
【０００３】
しかしながら、バッテリーの劣化が進むにつれて、バッテリーパックは典型的には、上限電圧に達した結果として充電が停止されたときにまだフル充電されていない（すなわち、充電状態（state of charge：ＳＯＣ）＜１００％）。したがって、バッテリーからの利用可能なエネルギーの量は、劣化分散により減少する。
【０００４】
ＵＳ２００４／００９６７４９は、ＳＯＣが１００％に近づくまで実質的に変化しないままである特徴的な充電容量レートを使用して、バッテリーの積層部分全体の過充電を防止することに向けられている。しかしながら、ＵＳ２００４／００９６７４９は、バッテリーが使用により劣化した場合の過電圧の影響を考慮に入れていない。加えて、ここに開示される手法は、特殊な材料の実現を必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の発明者らは、バッテリーの過充電およびバッテリーの損傷の可能性を制限しつつ、ますます多くのエネルギーがバッテリーにフル充電で蓄えられ得るようにすることを望んでいる。
【０００６】
したがって、本開示の実施形態によれば、バッテリーのための充電制御システムが提供される。充電制御システムは、バッテリーに関連付けられた温度値を提供するように構成された温度感知手段と、バッテリーに関連付けられた電圧値を提供するように構成された電圧感知手段と、バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を提供するように構成された圧力感知手段と、コントローラとを含んでいてもよい。コントローラは、充電プロセスが開始される前に、バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を判断し、充電プロセス中に、電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視し、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化未満である場合に、充電プロセスを継続し、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化以上である場合に、充電プロセスを終了するように構成されてもよい。
【０００７】
そのようなシステムを提供することにより、劣化を経験したバッテリーをより完全に充電するために、許容できる電圧範囲を見越すことが可能であり得る。これは次に、バッテリーの損傷のリスクが減少した、より大きいエネルギー利用可能性を可能にする。
【０００８】
マップデータの選択は、温度感知手段から得られた充電前温度値と、電圧感知手段から得られた充電前電圧値と、圧力感知手段から得られた充電前圧力値とに基づいていてもよい。
【０００９】
コントローラは、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化未満である場合に、上限電圧値を増加させるように構成されてもよい。
【００１０】
コントローラは、初期内部圧力測定値と充電プロセス前圧力値と充電前温度値とに基づいて、選択されたマップデータを修正することにより、バッテリーの１つ以上の部分におけるクリープを補償するように構成されてもよい。
【００１１】
コントローラは、初期内部圧力測定値と充電前圧力値とを比較し、初期内部圧力測定値が充電プロセス前圧力値よりも大きい場合に、充電前圧力値に関連付けられた新しいマップデータを選択するように構成されてもよい。
【００１２】
データマップは、代表的なバッテリーの代表的な使用条件下での当該バッテリーの実験的に測定された内部圧力と開路電圧と温度との集合を含んでいてもよい。
【００１３】
圧力感知手段は、バッテリーに埋込まれた少なくとも１つの触覚センサを含んでいてもよい。
【００１４】
少なくとも１つの触覚センサは、バッテリーのバッテリーセルの積層方向と平行に位置付けられてもよい。
【００１５】
バッテリーの充電状態を判断するように構成された充電状態センサが設けられてもよい。
【００１６】
電圧感知手段は、バッテリーに関連付けられた１つ以上のバッテリーパックに接続されたダミーセルを含んでいてもよい。
【００１７】
電圧値は、バッテリーの開路電圧であってもよい。
バッテリーは、リチウムイオン固体バッテリーであってもよい。
【００１８】
さらなる実施形態によれば、上述の充電制御システムを含む車両が提供されてもよい。
さらに別の実施形態によれば、バッテリーを充電するための方法が提供される。この方法は、バッテリーに関連付けられた温度値を求めるステップと、バッテリーに関連付けられた電圧値を求めるステップと、バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を求めるステップと、バッテリーの充電が開始される前に、バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を求めるステップと、バッテリーを充電するステップと、充電中に、電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視するステップと、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化未満である場合に、充電を継続するステップと、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化以上である場合に、充電を終了するステップとを含む。
【００１９】
そのような方法を提供することにより、劣化を経験したバッテリーをより完全に充電するために、許容できる電圧範囲を見越すことが可能であり得る。これは次に、バッテリーの損傷のリスクが減少した、より大きいエネルギー利用可能性を可能にする。
【００２０】
マップデータの選択は、温度感知手段から得られた充電前温度値と、電圧感知手段から得られた充電前電圧値と、圧力感知手段から得られた充電前圧力値とに基づいていてもよい。
【００２１】
方法は、現在の電圧値が上限電圧値を上回り、総圧力変化がしきい値圧力変化未満である場合に、上限電圧値を増加させるステップを含んでいてもよい。
【００２２】
方法は、初期内部圧力測定値と充電プロセス前圧力値と充電前温度値とに基づいて、選択されたマップデータを修正することにより、バッテリーの１つ以上の部分におけるクリープを補償するステップを含んでいてもよい。
【００２３】
方法は、初期内部圧力測定値と充電前圧力値とを比較するステップと、初期内部圧力測定値が充電プロセス前圧力値よりも大きい場合に、充電前圧力値に関連付けられた新しいマップデータを選択するステップとを含んでいてもよい。
【００２４】
予め定められたマップは、代表的なバッテリーの代表的な使用条件下での当該バッテリーの実験的に測定された内部圧力と開路電圧と温度との集合を含んでいてもよい。
【００２５】
方法は、バッテリーの充電状態を判断し、充電が開始される前に、バッテリーの充電状態に基づいてしきい値圧力変化を修正するステップを含んでいてもよい。
【００２６】
この発明の追加の目的および利点が、以下の説明で一部述べられるか、または、この発明の実践によって習得され得る。この発明の目的および利点は、添付された請求項で特に指摘された要素および組合せによって実現され達成されるであろう。
【００２７】
前述の概要および以下の詳細な説明は双方とも単に例示的および説明的であり、請求されるようなこの発明を限定するものではない、ということが理解されるべきである。
【００２８】
この明細書において援用され、その一部を構成する添付図面は、この発明の実施形態を例示しており、記載とともにこの開示の原理を説明するよう機能する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本開示の実施形態に従った、バッテリーのための充電システムの概略図である。
【図１Ｂ】例示的な開路電圧測定構成の概略図である。
【図２】圧力センサを含むバッテリーの内側部分の例示的表現を示す図である。
【図３】本開示の実施形態に従った、充電制御のための例示的な一方法を示すフローチャートである。
【図４】クリープ補償のための例示的な一方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】この開示の実施形態に従った、例示的なデータマップの表現を示す図である。
【図５Ｂ】この開示の実施形態に従った、例示的なデータマップの表現を示す図である。
【図６】充電プロセス中の圧力と電圧と利用可能エネルギーとの関係を示す例示的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施形態の説明
この開示の例示的な本実施形態を、以下に詳細に参照する。本実施形態の例が添付図面に例示されている。可能な限り、同じまたは同様の部分を指すために同じ参照番号が図面全体を通して使用される。
【００３１】
図１Ａは、本開示の実施形態に従った、バッテリーのための充電システムの概略図である。このシステムは、バッテリー５と、１つ以上のセンサ２７と、バッテリー制御部７０と、充電制御部２０とを含んでいてもよい。バッテリー５は、とりわけ、１つ以上のバッテリーパック１０と、１つ以上の圧力感知膜１５と、ダミーセル２５とを含んでいてもよい。バッテリー５は、任意の好適なタイプのバッテリー、たとえばリチウムイオンバッテリー、ＮｉＭＨバッテリー、鉛酸蓄電池などであってもよい。
【００３２】
バッテリー５はインバータ１００に接続されてもよく、インバータ１００は次に１つ以上のモータ１０５に接続されてもよく、充電プロセス中にバッテリー５に蓄えられたエネルギーがインバータ１００によって昇圧され、放電プロセス中にモータ１０５に供給されることを許可し、それにより、車両の運動をもたらす。
【００３３】
バッテリーパック１０は、バッテリー５に関連付けられたハウジング内に設置されてもよい。たとえば、バッテリー５は、たとえば金属、プラスチック、化合物などといった、バッテリーパック１０を収容するための任意の好適な材料を含むハウジング１１を含んでいてもよい。そのようなハウジング１１は、そこに配置され接続された１つ以上のバッテリーパック１０を有するように構成されてもよく、次にハウジング１１は、たとえばハウジング１１の開放部分上にカバーを固定する（たとえばボルト留めする）ことによって閉鎖されてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態によれば、１つ以上のボルト（図示せず）がハウジングの長さまたは幅にわたって延在してもよく、ハウジング１１の開放部分上へのキャップ（図示せず）の配置に続いて、１つ以上のボルトにナットが取付けられて締付けられてもよく、ハウジング１１の閉鎖をもたらす。このタイプのボルト留め構成は、ボルトに経時的に印加された変化する応力が、固定に使用されたボルトの永久歪みと、バッテリーパック１０を収容するバッテリー５の内部空洞内の空間の膨張／拡大とをもたらすクリープ現象を経験するかもしれないということを、当業者であれば理解するであろう。したがって、バッテリー５の内部空洞内の圧力は、バッテリーパック１０の膨張に基づいて、およびクリープの関数として変化する。本開示の実施形態は、そのようなクリープおよび膨張を、以下に説明されるように考慮に入れる。
【００３５】
バッテリー５内に存在する各バッテリーパック１０は、バッテリー５内に存在する他のバッテリーパック１０に直列または並列で接続されてもよい。ここに説明されるようにバッテリーおよび接続を設計する場合、所望の電圧、所望の最大電流などといったさまざまな基準が考えられ得るということを、当業者であれば認識するであろう。
【００３６】
１つ以上の圧力センサ１５がバッテリー５内に設けられてもよい。たとえば、各バッテリーパック１０の膨張によって生じる圧力が膨張量に基づいて１つ以上の圧力センサ１５に力を加えるように、圧力センサ１５がバッテリー５内の各バッテリーパック１０間に配置されてもよい。加えて、バッテリー５のハウジング１１の端とバッテリー５内のバッテリーパック１０の端子との間に、圧力センサ１５がさらに設けられてもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態によれば、圧力センサ１５は、バッテリー５内のバッテリーパック１０の積層方向と平行に位置付けられてもよい（図２参照）。
【００３８】
バッテリー５内に含まれる圧力センサの数は、バッテリーパック１０の数、および／または、当業者が好適であると判断し得る任意の他の基準に基づいて定められてもよい。たとえば、バッテリー５内にバッテリーパック１０が２つ存在する場合、これら２つのバッテリーパック１０の間に１つの圧力センサ１５が配置されてもよい。同様に、バッテリー５内にバッテリーパックが３つ存在する場合、バッテリー５内に２つの圧力センサ１５が配置されてもよく、第１の圧力センサ１５は第１のバッテリーパックと第２のパックとの間に配置され、第２の圧力センサ１５は第２のバッテリーパックと第３のバッテリーパックとの間に配置されてもよい。
【００３９】
圧力センサ１５は任意の好適な圧力感知装置を含んでいてもよく、たとえば、バッテリーパック１０の膨張および収縮を測定するのに好適な厚さを有する触覚センサであってもよい。いくつかの実施形態によれば、圧力センサ１５の厚さは、たとえば０．０１ｍｍから１ｍｍ、および、いくつかの実施形態によれば０．１ｍｍに及んでいてもよい。
【００４０】
バッテリー５がいったん組立てられ、たとえば上述のようにバッテリハウジング１１にボルト留めされたカバーで閉鎖されると、バッテリー５の内部の初期圧力Ｐｉｎｉｔｉａｌが、複数の開路電圧（たとえば、１０〜１００パーセントのＳＯＣに５パーセント単位で対応するＯＣＶ）で測定されてもよく、これらの値はバッテリーＥＣＵ７０のメモリに格納されてもよい。この値は、圧力センサ１５および圧力検出器３０によって測定されるようなバッテリー５内の現在の圧力Ｐとの比較として、バッテリー５の寿命全体を通して使用されてもよい。
【００４１】
図２は、圧力センサを含むバッテリーの内側部分の例示的表現を示す。図２で示す矢印は、バッテリーパック１０の膨脹に基づく、圧力センサ１５に対する圧力と、左右のバッテリーパック１０の外側部分でバッテリー５のハウジング１１の壁に加えられる力との印加を表わす。バッテリーパック１０はＹ方向にも力を加え得るものの、本開示の目的のために、Ｘ方向に加えられる力がバッテリー５内の圧力の判断のために考慮されるということを、当業者であれば理解するであろう。
【００４２】
バッテリー５はまた、バッテリー５内に存在するバッテリーパック１０全体にわたる開路電圧Ｖｏｃｖの測定を許可するためにバッテリーパック１０に導電的にリンクされた、１つ以上のダミーセル２５を含んでいてもよい。たとえば、ダミー負荷を提供するように構成されたダミーセル２５が、バッテリー５内に存在するバッテリーパック１０の各々と並列に接続されてもよく、出力（すなわち開路電圧）がセンサバンク２７に、より特定的には電圧検出器３５に提供されてもよい。２つ以上のダミーセル２５、たとえば、バッテリー５内に存在するバッテリーパック１０ごとに１つのダミーセルが設けられてもよく、そのような構成は欠陥または不良バッテリーパック１０の判断に役立ち得るということを、当業者であれば認識するであろう。
【００４３】
図１Ｂは、バッテリー５と接続されたダミーセル２５と、ダミーセル２５の接続を閉じるように構成され、それによって回路２を結合するスイッチ６とを含む例示的な概略図を示す。スイッチ６の閉鎖はそれにより、図１Ｂに示す回路２にわたる開路電圧Ｖｏｃｖの測定を可能にし、一方、バッテリー５の通常動作（すなわち、バッテリー５の開路電圧Ｖｏｃｖを測定していない間）は回路１を利用する。
【００４４】
圧力センサ１５およびダミーセル２５に加えて、バッテリー５は、追加のセンサ、たとえば１つ以上の温度センサ、電流センサなどを含んでいてもよい。バッテリー５内に存在するセンサは、信号をセンサバンク２７に提供するように構成されてもよく、それにより、センサバンク２７が、充電および／または放電プロセス中にバッテリー５に関連付けられた情報（たとえば、開路電圧Ｖｏｃｖ、圧力、温度など）を監視し、その情報をとりわけバッテリーＥＣＵ７０に提供することを可能にする。
【００４５】
センサバンク２７は、とりわけ、圧力値検出器３０と、充電状態検出器４５と、電圧検出器３５と、温度検出器４０とを含んでいてもよい。たとえば、圧力センサ１５は、圧力センサ１５に加えられている圧力を圧力値検出器３０が判断できるようにするために、情報を圧力値検出器３０に提供するように構成されてもよい。
【００４６】
同様に、電圧検出器３５は、バッテリー５の、および／または、バッテリー５内の個々のバッテリーパック１０の開路電圧Ｖｏｃｖを判断するために、ダミーセル２５から入力を受信してもよい。
【００４７】
充電状態検出器４５は、バッテリー５の充電状態（ＳＯＣ）を判断するために、電流センサから電流情報を受信し、ダミーセル２５から電圧情報を受信するように構成されてもよい。
【００４８】
温度検出器４０は、バッテリー５の温度を判断するために、バッテリー５内の温度センサから情報を受信するように構成されてもよい。
【００４９】
センサバンク２７からの値はバッテリーＥＣＵ７０に提供されてもよく、バッテリーＥＣＵ７０はバッテリーコントローラ２０にコマンド信号（たとえば充電制御コマンド）を提供する。たとえば、バッテリーＥＣＵ７０は、しきい値圧力差ΔＰＴを求めるための計算部６５を含んでいてもよく、しきい値圧力差ΔＰＴは、充電前プロセス中に（すなわち、バッテリー５が充電を開始する前に）電圧検出器３５によって測定されるようなバッテリー５の開路電圧Ｖｏｃｖと、圧力値検出器３０によって測定されるようなバッテリー５内の現在の圧力Ｐとに基づいて計算されてもよい。これは、図４、図５Ａ、および図５Ｂを参照して以下により詳細に説明される。
【００５０】
バッテリーＥＣＵ７０はさらに、電圧検出器３５によって測定されるような現在の電圧Ｖ（すなわち、バッテリー５の開路電圧Ｖｏｃｖ）をバッテリー５の予め定められた初期最大電圧Ｖｍａｘと比較するために構成された電圧比較部６０を含んでいてもよい。バッテリー５の初期最大電圧Ｖｍａｘはバッテリーの設計に基づいて前もって定められ、たとえば、バッテリーＥＣＵ７０、または車両上に存在する別のコンピュータに関連付けられた読出専用メモリ（read-only memory：ＲＯＭ）に格納されてもよいということを、当業者であれば理解する。また、本開示の目的のために、任意の特定の時点におけるバッテリー５の現在の電圧Ｖと開路電圧Ｖｏｃｖとは等しいということが仮定されるであろう。
【００５１】
圧力比較部５５も、充電プロセス中に圧力値検出器３０によって（たとえば、圧力値検出器３０による圧力センサ１５のサンプリングの繰り返しを介して）測定された圧力差ΔＰを、しきい値圧力差ΔＰＴと比較するために、ＥＣＵ７０に設けられてもよい。
【００５２】
バッテリーＥＣＵ７０は、とりわけ、センサバンク２７から得られた値を格納するように構成されたメモリを含んでいてもよい。たとえば、バッテリーＥＣＵ７０は、圧力値検出器３０から得られた圧力値、電圧検出器３５から得られた電圧値、温度検出器４０から得られた温度値などと、車両に設置されたバッテリー５に対応する例示的なバッテリー設計から実験的に得られたデータに関連付けられたマップ値とを格納してもよい。
【００５３】
車両の使用中、および、いくつかの実施形態によれば車両が保管される（すなわち、駆動されていない）際に、値の履歴がバッテリー５の寿命にわたって編集され格納されてもよい。そのようなデータを編集することにより、バッテリー５がさらされた温度、電圧、圧力などの履歴を判断することが可能であり得る。そのような履歴は、クリープを補償する際に使用される値を判断するための以下に説明されるプロセスを増強するために使用されてもよい。
【００５４】
バッテリーＥＣＵ７０に関連付けられたメモリは、バッテリーＥＣＵ７０内に含まれてもよく、もしくは、バッテリーＥＣＵ７０に通信アクセスを提供する車両の他のシステム上に、およびまたは当該システム内に存在してもよいということを、当業者であれば理解するであろう。
【００５５】
バッテリーコントローラ２０は、バッテリー５に関連付けられたバッテリーパック１０の再充電をもたらす充電プロセスを制御するように構成された任意の好適なバッテリーコントローラを含んでいてもよい。当業者であれば理解するように、リチウムイオンバッテリーは特に、過熱および過充電といった危険な状態を回避するために、バッテリー充電プロセス中に比較的厳しい充電環境が維持されることを必要とする。したがって、バッテリーコントローラ２０は、とりわけ充電プロセス中にバッテリー５に提供される電流および電圧を制御するように構成されてもよい。たとえば、バッテリーがフル充電されていないと判断された場合、バッテリーコントローラ２０は、バッテリー５を充電するのに好適な予め定められた電圧で、予め定められた電流Ｉを提供してもよい。
【００５６】
図３は、本開示の実施形態に従った、充電制御のための例示的な一方法を示すフローチャートである。充電前プロセスにおいて（すなわち、バッテリー５の充電が始まる前に）、バッテリーＥＣＵはまず、バッテリー５内に存在する温度センサによって提供された情報に基づいて温度検出器４０によって判断されるようなバッテリー５の温度を得てもよい（ステップ３０５）。
【００５７】
次に、バッテリー５内の圧力センサ１５によって提供された情報に基づいて、バッテリー５内の現在の圧力Ｐが圧力値検出器３０から得られ、回路２が結合されるような位置にスイッチ６を配置することによって開路電圧Ｖｏｃｖが得られ、それにより、電圧検出器３５による開路電圧Ｖｏｃｖの測定を許可する（ステップ３１０）。
【００５８】
次に、バッテリー５の温度、開路電圧Ｖｏｃｖ、および現在の圧力Ｐのうちの少なくとも１つに基づいて、しきい値圧力差ΔＰＴが求められてもよい（ステップ３１５）。しきい値圧力差ΔＰＴを求めてクリープを補償するためのプロセスが、図４、図５Ａ、および図５Ｂを参照して説明される。
【００５９】
図４は、バッテリー５の現在の温度Ｔを使用するクリープ補償のための例示的な一方法を示すフローチャートであり、一方、図５Ａおよび図５Ｂは、例示的なバッテリーの温度、圧力、および開路電圧Ｖｏｃｖを関係づける、実験的に求められた例示的なデータマップの表現である。説明されるように、そのようなマップは、しきい値圧力差ΔＰＴを求めるために使用されてもよい。
【００６０】
図５Ａおよび図５Ｂのデータマップは、組立てられた状態の例示的なバッテリー５について得られ、ＥＣＵ７０のメモリに格納された実験データに基づいて、前もって作成されてもよい。たとえば、組立てられたバッテリー５は、開路電圧の予め定められた間隔（たとえば、０．０１Ｖの間隔）で、さまざまな温度Ｔ（たとえば、−４０℃〜６０℃、１０℃単位）にさらされてもよい。
【００６１】
次に、これらの温度Ｔおよび開路電圧の各々で、バッテリー５の内部圧力Ｐが測定されてもよい。１０℃単位で、特定の温度でのバッテリー５の開路電圧Ｖｏｃｖと内部圧力との関係を実証するマップ点の集合が、測定された圧力Ｐに基づいて開路電圧Ｖｏｃｖ単位で作成され格納されてもよい。マップ点のそのような集合は、図５Ａに示す線Ｔ１〜Ｔｘの各々に対応する。とりわけ、１０℃線の線間（または任意の他の選択された間隔）に該当する温度は次に、たとえば線形補間によって補間されてもよい。
【００６２】
しきい値圧力差ΔＰＴを求めるために、ＥＣＵ７０は、温度検出器４０からバッテリー５の現在の温度Ｔを得てもよい（ステップ４０５）。バッテリー５の求められた現在の温度Ｔに基づいて、ＥＣＵ７０は、上で生成されるようなデータマップ（図５Ａ参照）を参照して、マップデータ（すなわち、初期温度線）、たとえばＴ１を選択してもよい。
【００６３】
次に、電圧比較部６０は、バッテリー５の現在の開路電圧Ｖｏｃｖを得てもよく、それにより、５Ａで示す選択されたマップデータ（たとえば温度線Ｔ１）に沿った点の識別を可能にする。
【００６４】
次に、圧力比較部５５は、圧力値検出器３０からバッテリー５内の現在の圧力Ｐを得て、現在の圧力Ｐを比較し、それが、バッテリー組立ての完了に続いて同じ温度で測定されたような初期圧力Ｐｉｎｉｔｉａｌ未満であるかどうかを判断してもよい（ステップ４１０）。現在の圧力Ｐが初期圧力Ｐｉｎｉｔｉａｌと等しいか、または、初期圧力Ｐｉｎｉｔｉａｌの妥当な公差（たとえば、±５バール、±１０バールなど）内にある場合、適用可能なしきい値圧力差ΔＰＴを求めるために、初めに選択されたマップデータ（たとえば温度線Ｔ１）が使用される（ステップ４２０）。
【００６５】
現在の温度および開路電圧Ｖｏｃｖについて、現在の圧力Ｐが初期圧力Ｐｉｎｉｔｉａｌ未満であると判断された場合、クリープがおそらく生じており、したがって、クリープを補償するために、データマップから新しいマップデータを選択すべきである（ステップ４１５）。
【００６６】
クリープについてのこの補償は、いくつかの実施形態によれば、初期圧力Ｐｉｎｉｔｉａｌから現在の圧力Ｐおよび現在の開路電圧Ｖｏｃｖでの点まで直接Ｙ軸を横切ることによって行なわれてもよい。次に、マップデータの集合（たとえば温度線Ｔｘ）上でのこの点の交点が、新しいマップデータとして選択されてもよい。この決定の例示的表現は、図５Ｂで見ることができる。点Ｐがマップデータの予め定められた集合上に直接該当しない場合、１０℃単位から外れた温度線Ｔｘが、たとえば、現在の圧力Ｐおよび現在の開路電圧Ｖｏｃｖでの線形補間によって補間されてもよい。
【００６７】
しきい値圧力差ΔＰＴを求めるために、選択された温度線上の現在の圧力から同じ温度線上の最大圧力Ｐｍａｘへの圧力変化が、式１に基づいて計算される。
【００６８】
ΔＰＴ＝Ｐｍａｘ−Ｐ…（１）
式中、最大圧力Ｐｍａｘは、１００パーセントの充電状態（すなわち、バッテリーのフル充電開路電圧Ｖｏｃｖと同等の開路電圧Ｖｏｃｖ）を有する例示的な新しいバッテリー５について、ある範囲の温度で実験的に求められる。これに基づき、当業者であれば、ＰｍａｘはどのＳＯＣをＶｍａｘとして関連付けるべきかに従って変更されるということを認識するであろう。
【００６９】
計算部６５によってしきい値圧力差ΔＰＴがいったん計算されると、充電プロセスが始まってもよく、バッテリーコントローラ２０は、電流がバッテリー５へ流れ始めるようにしてもよい（ステップ３２０）。
【００７０】
充電プロセス中、バッテリー５は、（たとえば予め定められたサンプリングレートで）連続的に監視されてもよく、電圧比較部６０は、バッテリー５の現在の開路電圧Ｖｏｃｖを示す情報を電圧検出器３５から受信してもよい。電圧比較部５５は、電圧Ｖを、バッテリー５の設計特性およびその意図された１００パーセント充電での最大電圧に基づいて求められた初期最大電圧Ｖｍａｘと比較してもよい（ステップ３２５）。この初期最大電圧Ｖｍａｘは、電圧比較部６０によるアクセスのために、バッテリーＥＣＵ７０に関連付けられたメモリに格納されてもよい。現在の電圧Ｖが初期最大電圧Ｖｍａｘよりも大きくない場合（ステップ３２５：いいえ）、バッテリーコントローラ２０は、充電プロセスが現在のサンプルについて途切れずに継続するようにする。
【００７１】
現在の電圧Ｖが初期最大電圧Ｖｍａｘ以上であると判断された場合（ステップ３２５：はい）、現在の圧力差ΔＰは、式２に基づいて求められる。
【００７２】
ΔＰ＝Ｐｘ−Ｐ…（２）
Ｐｘは、現在の電圧Ｖが初期最大電圧Ｖｍａｘを上回った場合の時間ｔでのバッテリー５の現在の内部圧力であり、Ｐは、ステップ３１５での充電前プロセス中に求められた圧力である。
【００７３】
次に、圧力比較部５５は、現在の圧力差ΔＰをしきい値圧力差ΔＰＴと比較して、現在の圧力差ΔＰが求められたしきい値圧力差ΔＰＴよりも大きいかどうかを判断してもよい（ステップ３３０）。現在の圧力差ΔＰがしきい値圧力差ΔＰＴ以上であると判断された場合（ステップ３３０：はい）、バッテリーコントローラ２０は充電プロセスを停止（すなわち、バッテリー５への電流の流れを停止）してもよい。
【００７４】
現在の圧力差ΔＰがしきい値圧力差ΔＰＴ未満であると判断された場合（ステップ３３０：いいえ）、初期最大電圧Ｖｍａｘは現在の充電サイクルについてＶｍａｘ’まで増加されてもよい。言い換えれば、しきい値圧力差ΔＰＴを上回っていないという事実に基づいて、バッテリー５は１００パーセントの充電状態に達していないため、バッテリー５の現在の状態では最大電圧Ｖｍａｘは今のところ低すぎて１００％のＳＯＣを反映できない、ということが合理的に仮定され得る。ＶｍａｘおよびΔＰＴの双方に充電サイクルを基づかせることにより、バッテリーが１００％の充電状態１００により達しやすくして、エネルギー貯蔵の損失を回避することが可能になる。
【００７５】
図６は、上述のような充電プロセス中の圧力と電圧と利用可能エネルギーとの関係を示す例示的なグラフを示す。
【００７６】
図６の下のグラフに示すように、最大電圧Ｖｍａｘは達され得るものの、現在の圧力差ΔＰは、ステップ３１５で求められるようなしきい値圧力差ΔＰＴを上回っていない。したがって、最大電圧Ｖｍａｘは増加され（図６の下のグラフの３を参照）、バッテリー５は追加の期間にわたる充電が許可され、この追加の充電は、バッテリー５に貯蔵された、本来なら失われたエネルギー量に対応する。
【００７７】
請求項を含め、説明全体を通して、「〜を含む」という用語は、特に明記しない限り、「〜の少なくとも１つを含む」と同義であると理解されるべきである。加えて、請求項を含め、説明で述べられたどの範囲も、特に明記しない限り、その終点値を含むと理解されるべきである。説明された要素についての特定の値は、当業者には公知である受入れられた製造公差または業界公差内にあると理解されるべきであり、「実質的に」および／または「ほぼ」および／または「概して」という用語の使用はいずれも、そのような受入れられた公差内にあることを意味すると理解されるべきである。
【００７８】
国営の、国際的な、または他の規格団体の規格が参照される場合（たとえばＩＳＯなど）、そのような参照は、本明細書の優先日の時点で国営または国際規格団体によって定義されるような規格を指すよう意図されている。そのような規格へのその後の実質的変更はいずれも、本開示および／または請求項の範囲および／または定義を修正するよう意図されてはいない。
【００７９】
明細書および例は単なる例示として考えられ、この開示の真の範囲は請求項によって示されている、ということが意図されている。
【図１Ａ】
2019509003.tif 000003
【図１Ｂ】
2019509003.tif 000004
【図２】
2019509003.tif 000005
【図３】
2019509003.tif 000006
【図４】
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【図５Ａ】
2019509003.tif 000008
【図５Ｂ】
2019509003.tif 000009
【図６】
2019509003.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月25日(2018.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーのための充電制御システムであって、
前記バッテリーに関連付けられた温度値を提供するように構成された温度感知手段と、
前記バッテリーに関連付けられた電圧値を提供するように構成された電圧感知手段と、
前記バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を提供するように構成された圧力感知手段と、
コントローラとを含み、前記コントローラは、
充電プロセスが開始される前に、前記バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、前記バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を判断し、
前記充電プロセス中に、前記電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、前記圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視し、
前記現在の電圧値が上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記充電プロセスを継続し、
前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化以上である場合に、前記充電プロセスを終了するように構成されている、充電制御システム。
【請求項２】
前記マップデータの選択は、前記温度感知手段から得られた充電前温度値と、前記電圧感知手段から得られた充電前電圧値と、前記圧力感知手段から得られた充電前圧力値とに基づいている、請求項１に記載の充電制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記上限電圧値を増加させるように構成されている、請求項１および請求項２のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項４】
前記コントローラはさらに、初期内部圧力測定値と充電プロセス前圧力値と充電前温度値とに基づいて、選択された前記マップデータを修正することにより、前記バッテリーの１つ以上の部分におけるクリープを補償するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記初期内部圧力測定値と充電前圧力値とを比較し、前記初期内部圧力測定値が前記充電プロセス前圧力値よりも大きい場合に、前記充電前圧力値に関連付けられた新しいマップデータを選択するように構成されている、請求項４に記載の充電制御システム。
【請求項６】
予め定められたマップは、代表的なバッテリーの代表的な使用条件下での前記バッテリーの実験的に測定された内部圧力と開路電圧と温度との集合を含む、請求項５に記載の充電制御システム。
【請求項７】
前記圧力感知手段は、前記バッテリーに埋込まれた少なくとも１つの触覚センサを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの触覚センサは、前記バッテリーのバッテリーセルの積層方向と平行に位置付けられている、請求項７に記載の充電制御システム。
【請求項９】
前記バッテリーの充電状態を判断するように構成された充電状態センサをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１０】
前記電圧感知手段は、前記バッテリーに関連付けられた１つ以上のバッテリーパックに接続されたダミーセルを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１１】
前記電圧値は、前記バッテリーの開路電圧である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１２】
前記バッテリーは、リチウムイオン固体バッテリーおよびリチウムイオン液体電解質バッテリーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の充電制御システム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の充電制御システムを含む、車両。
【請求項１４】
バッテリーを充電するための方法であって、
前記バッテリーに関連付けられた温度値を求めるステップと、
前記バッテリーに関連付けられた電圧値を求めるステップと、
前記バッテリーの内側部分に関連付けられた圧力値を求めるステップと、
前記バッテリーの充電が開始される前に、前記バッテリーに関連付けられた予め定められたデータマップから選択されたマップデータに基づいて、前記バッテリーのフル充電に関連付けられたしきい値圧力変化を求めるステップと、
前記バッテリーを充電するステップと、
前記充電中に、電圧感知手段によって得られた現在の電圧値と、圧力感知手段によって得られた現在の圧力値に基づく総圧力変化とを監視するステップと、
前記現在の電圧値が上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記充電を継続するステップと、
前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化以上である場合に、前記充電を終了するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記マップデータの選択は、温度感知手段から得られた充電前温度値と、前記電圧感知手段から得られた充電前電圧値と、前記圧力感知手段から得られた充電前圧力値とに基づいている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記現在の電圧値が前記上限電圧値を上回り、前記総圧力変化が前記しきい値圧力変化未満である場合に、前記上限電圧値を増加させるステップを含む、請求項１４〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
初期内部圧力測定値と充電プロセス前圧力値と充電前温度値とに基づいて、選択された前記マップデータを修正することにより、前記バッテリーの１つ以上の部分におけるクリープを補償するステップを含む、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記初期内部圧力測定値と充電前圧力値とを比較するステップと、
前記初期内部圧力測定値が前記充電プロセス前圧力値よりも大きい場合に、前記充電前圧力値に関連付けられた新しいマップデータを選択するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
予め定められたマップは、代表的なバッテリーの代表的な使用条件下での前記バッテリーの実験的に測定された内部圧力と開路電圧と温度との集合を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記バッテリーの充電状態を判断し、前記充電が開始される前に、前記バッテリーの前記充電状態に基づいて前記しきい値圧力変化を修正するステップを含む、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記バッテリーは、リチウムイオン固体バッテリーおよびリチウムイオン液体電解質バッテリーのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【国際調査報告】
2019509003.tif 000011
2019509003.tif 000012